Strategii de atenuare a cadmiului pentru reducerea expunerii alimentare - Schaefer - 2020 - Journal of Food

Center for Food Safety and Applied Nutrition (CFSAN), US Food and Drug Administration (FDA), 5001 Campus Drive, College Park, MD, 20740 S.U.A.

Abstract

Aplicație practică

Prezența cadmiului în alimente este foarte variabilă și depinde în mare măsură de locația geografică, de biodisponibilitatea cadmiului din sol, de genetica culturilor și de practicile agronomice utilizate. Acest studiu poate ajuta FDA să stabilească unde să concentreze resursele, astfel încât cercetarea și eforturile de reglementare să aibă cel mai mare impact asupra reducerii expunerilor la cadmiu din aprovizionarea cu alimente.

1. INTRODUCERE

1.1 De ce este îngrijorător cadmiul?

Cadmiul a fost recunoscut de mult timp ca un contaminant de mediu care prezintă riscuri pentru sănătatea umană. Natura omniprezentă a cadmiului este îngrijorătoare, deoarece aproape toată lumea din populația generală este expusă la metalul greu prin aprovizionarea cu alimente și elementul se acumulează în organism pe parcursul unei vieți. În sprijinul eforturilor Grupului de lucru privind elementele toxice ale Administrației SUA pentru Alimente și Medicamente (FDA) pentru a reduce riscurile asociate cu elementele toxice din alimente, această revizuire a încercat să identifice eforturile de atenuare existente sau posibile de-a lungul lanțului alimentar pentru a determina unde poate FDA au cel mai mare impact asupra reducerii expunerilor.

1.2 Cadmiu în mediu

Cadmiul este un element rar natural, care, în formă pură, este un metal maleabil în nuanțe de albastru sau pulbere alb-cenușie care reacționează ușor cu alte substanțe (NTP, 2016). Cadmiul este, de asemenea, dispersat în mediu prin diferite procese antropice, cum ar fi mineritul, topirea, bateriile de nichel și cadmiu, placarea metalelor, pigmenții, stabilizatorii din plastic, eliminarea nămolului de canalizare și utilizarea îngrășămintelor și îngrășămintelor fosfatice (ATSDR, 2012; Clemens, Aarts, Thomine și Verbruggen, 2013; Khan, Khan, Khan și Alam, 2017; Meng și colab., 2018; Nordberg și colab., 2018; OMS, 1992). Când sunt dispersați în atmosferă, compușii de cadmiu pot fi transportați pe distanțe lungi și în cele din urmă pot cădea pe pământ. Cadmiul se mișcă ușor prin sol și este preluat în lanțul alimentar prin absorbția plantelor (în principal legume cu frunze, culturi de rădăcini, cereale și cereale [10 până la 150 µg/m 3]) (ATSDR, 1999; EFSA, 2009; Klaassen, Casarett și Doull, 2013; Smolders, 2001) și, de asemenea, se găsește ulterior în ficat și rinichi (> 50 µg/m 3) ale animalelor de la pășunat pe culturi furajere și filtratoare, cum ar fi crustacee și moluște (1 până la 2 μg/kg) care bioacumulează cadmiu din medii acvatice contaminate (ATSDR, 1999; Klaassen și colab., 2013; Nair, DeGheselle, Smeets, Kerkhove și Cuypers, 2013). Ingerarea de cadmiu prezintă o preocupare majoră, deoarece este un oligoelement neesențial care nu joacă un rol în creșterea oamenilor sau a plantelor, dar este toxic pentru oameni (Clemens și colab., 2013; EFSA, 2009; Khan și colab., 2017; Smolders, 2001).

La sfârșitul anilor 1990, studii epidemiologice ocupaționale, de cohortă, au descoperit asocieri pozitive între expunerea prin inhalare la compuși de cadmiu și un risc crescut de deces prin cancer pulmonar (NTP, 2016). Ca urmare, au fost implementate decizii politice, progrese tehnologice și îmbunătățiri ale proceselor, iar emisiile de cadmiu în atmosferă au scăzut constant (Clemens și colab., 2013). Cu toate acestea, cadmiul nu se degradează în mediu și nu este ușor de îndepărtat din sol. Prin urmare, înțelegerea și controlul contaminării cu cadmiu este imperativă pentru siguranța aprovizionării cu alimente.

1.3 Expunerea la cadmiu

Expunerea la cadmiu poate avea loc prin ingestia de alimente, apă potabilă sau sol și praf contaminate și prin inhalarea fumului de tutun sau a particulelor din aerul ambiant (ATSDR, 2012). Cea mai semnificativă sursă de expunere la cadmiu uman este fumatul de țigări, fumătorii având concentrații crescute în sânge și rinichi (ATSDR, 2012; Bernhoft, 2013; EFSA, 2009). Expunerea prin inhalare poate fi, de asemenea, semnificativă în condiții profesionale, cum ar fi sudarea și lipirea. În afară de persoanele cu niveluri ridicate de expunere la consumul de tutun sau la mediul de lucru, dieta este sursa principală (90%) de expunere la cadmiu (Clemens și colab., 2013; EFSA, 2009).

Expunerea la cadmiu în alimente poate duce la acumularea acestuia în rinichi (cea mai sensibilă țintă pentru toxicitatea cadmiului), care poate provoca disfuncții tubulare și leziuni ale rinichilor în timp (ATSDR, 2012; EFSA, 2009; OMS, 2011). Cadmiul exercită, de asemenea, efecte toxice asupra sistemului osos și demineralizarea osoasă poate avea loc prin leziuni osoase directe sau din cauza disfuncției renale (EFSA, 2009; OMS, 2011). Cercetările sugerează, de asemenea, că expunerea la cadmiu induce stresul oxidativ, ducând la inflamații și leziuni mitocondriale; cu toate acestea, mecanismul nu este pe deplin înțeles (Cannino, Ferruggia, Luparello și Rinaldi, 2009; Nair și colab., 2013).

Mai mulți factori pot influența sarcina corpului de cadmiu și eficiența absorbției la om. Absorbția cadmiului după expunerea la dietă este estimată a fi scăzută la om (3% până la 5%) (ATSDR, 2012; Clemens și colab., 2013; EFSA, 2009); cu toate acestea, unele studii sugerează că absorbția în intestine poate ajunge la 44% și sunt necesare cercetări suplimentare în special pentru copii și adulți tineri (Vesey, 2010). Înțelegerea fracției biodisponibile de cadmiu din alimente specifice și a factorilor care afectează biodisponibilitatea ar reduce incertitudinea cu privire la nivelurile de expunere asociate cu cadmiul dietetic (Chunhabundit și colab., 2011).

Cadmiul are o compoziție chimică similară cu metalele esențiale, cum ar fi fierul, zincul și calciul și poate fi preluat de celule prin „mimică ionică și moleculară” (Cannino și colab., 2009; Nair și colab., 2013; Vesey, 2010 ). Cadmiul și zincul se leagă de aceleași proteine din sânge (albumina) și țesuturi (metalotioneină) și concurează pentru absorbția în celule (Brzoska și Moniuszko-Jakoniuk, 2001). După absorbție, cadmiul este distribuit pe tot corpul legat de proteinele din sânge (adică albumina) (Bernhoft, 2013; EFSA, 2009; Vacchi - Suzzi, Kruse, Harrington, Levine și Meliker, 2016). Timpul de înjumătățire în sânge (depunerea în organe) variază de la 75 la 128 de zile (Bernhoft, 2013). Aproximativ 60% din cadmiul absorbit se depune în ficat (30%) și rinichi (30%), în timp ce restul este distribuit pe tot corpul și apoi se excretă lent (0,007% până la 0,009% din sarcina corpului pe zi) prin urină și fecale (ATSDR, 2012; Bernhoft, 2013). Cadmiul este un toxic toxic acumulativ cu un timp de înjumătățire biologic lung care a fost estimat a fi de 10 până la 33 de ani la om, ceea ce duce la creșterea sarcinii corporale în timp (Clemens și colab., 2013; EFSA, 2009). Prin urmare, toxicitatea cadmiului rezultă în general din expunerea cronică.

Micronutrienții au un impact major asupra sănătății și joacă un rol important în dezvoltarea și protecția toxicității cadmiului. Conținutul scăzut de micronutrienți din alimentele consumate și procentul de cadmiu absorbit în organism pot fi mai mari atunci când fierul, zincul și calciul sunt scăzute în organism și în produsele alimentare (ATSDR, 2012; Clemens și colab., 2013, Klaassen și colab. al. al., 2013; EFSA, 2009). Zincul poate servi ca mecanism de protecție, deoarece stimulează metalotioneina care se leagă de cadmiu prevenind stresul oxidativ (Marreiro și colab., 2017) și poate preveni cadmiul să perturbe metabolismul osos prin deplasarea calciului (Brzoska și Moniuszko-Jakoniuk, 2001). Studiile de laborator pe animale (Flanagan și colab., 1978; Reeves și Chaney, 2001; Reeves și Chaney, 2002; Reeves și Chaney, 2004; Reeves, Chaney, Simmons și Cherian, 2005) sugerează că chiar și deficiențele marginale ale micronutrienților pot spori cadmiul absorbție de până la 10 ori (Reeves și Chaney, 2008). Studiile sugerează, de asemenea, că deficiențele de calciu, proteine și vitamina D pot crește susceptibilitatea la efectele osoase după expunerea la cadmiu. Mai mult, cadmiul reduce fluxul de sânge și inhibă transportul de nutrienți peste placentă prin interferența cu absorbția de zinc de către microvesiculele umane placentare (Gupta, 2011). Prin urmare, starea fiziologică (vârstă și sex), dieta și starea corpului micronutrienților, condițiile de sănătate preexistente și sarcinile multiple pot avea impact asupra biodisponibilității, retenției și toxicității cadmiului în organism (ATSDR, 2012; Brzoska și Moniuszko-Jakoniuk, 2001; EFSA, 2009; Vesey, 2010). Copiii, femeile aflate la vârsta fertilă și diabeticii sunt considerați mai vulnerabili (Clemens și colab., 2013; Satarug, Garrett, Sens și Sens, 2010; Vesey, 2010).